В пригороде Ярославля есть необычное строение. С виду это просто одноэтажный дом, хотя и вполне симпатичный, с белыми колоннами и большими окнами. Но это местная достопримечательность, потому что напечатан дом на 3D-принтере.
Самый большой в мире
Живет здесь с женой и сыном предприниматель Александр Маслов. Он возглавляет группу компаний «АМТ-Спецавиа», которая специализируется на производстве оборудования для строительной печати. Собственно, дом Александра Маслова служит наглядной рекламой новой технологии.
Дом для своей семьи Александр Маслов напечатал на 3D-принтере
Вначале он занимался инфраструктурой аэропортов – проектировал и строил системы навигации и связи по всей России. Потом устал от командировок и решил начать новое дело. Первым напечатанным «продуктом» была лавочка. «Мы так обрадовались, что все получается, что не продумали, как ее вытаскивать из цеха: весила 1,5 т», – рассказывает Александр Маслов.
К настоящему времени компания продала более 50 строительных принтеров, а этим летом запустила в серийное производство новую линейку аппаратов. Один из них имеет рабочую поверхность 11,5 х 11 х 15 м, что дает возможность возводить пятиэтажки. При этом можно еще и увеличить рабочее поле, чтобы строить дома высотой до 80 м. Такие параметры делают этот агрегат самым большим строительным принтером в мире. Первым заказчиком нового оборудования стал индийский девелопер, планирующий печатать дома высотой до 10 этажей.
В любом случае – будет это загородный дом или многоэтажка – в качестве основного стройматериала используется бетон и пенобетон с разными наполнителями, к примеру, диамитовыми капсулами (стеклянными шариками, которые увеличивают теплоемкость и пластичность материала). А для предотвращения трещин в смесь для печати добавляют полимерную фибру. «Почему полимер? Просто это самая доступная фибра сейчас. Можно печатать и стеклянной фиброй, но это дорого. А металлическая фибра вообще не годится, потому что она очень жесткая», – говорит Александр Маслов. И это лишь один пример использования полимеров в современном строительстве.
И фундамент, и обои
Сегодня отрасль является одним из ключевых потребителей пластиков, использующим до 20% от общего объема выпуска (оценка аналитического центра RUPEC). Лучшими показателями может похвастаться только упаковочная индустрия. Нефтехимическая продукция применяется на всех этапах возведения домов – от земляных работ до отделки. Благодаря этому свою нишу имеют практически все продукты – от полиолефинов до акриловых сополимеров и силиконов. Они используются как индивидуальные вещества, в смесях и композитах.
Для борьбы с трещинами в «сырье» для 3D-печати замешивают волокна полипропилена
Конечно, спрос строителей распределен по номенклатуре нефтехимической продукции неравномерно и сосредоточен преимущественно в ПВХ, полистироле и полиуретанах. В частности, в виде труб, профилей и кабелей стройка потребляет порядка 65% всего производимого в мире поливинилхлорида.
Полимерные материалы отличаются от других традиционно применяемых в строительстве компонентов – дерева, металла и бетона – полной устойчивостью к коррозии, термическому и химическому воздействию, отсутствием магнитной и радиоволновой интерференции, легким весом.
Олефиновые эластомеры в сочетании с полимерными теплоизоляционными панелями используются в качестве кровельных материалов и позволяют уменьшать нагрев зданий под солнечными лучами, что снижает расход электроэнергии на кондиционирование. Полиуретановая и полистирольная пена являются отличными утеплителями, уменьшающими расходы на отопление помещений. Винилы применяются для внутренней отделки в местах с повышенными требованиями к гигиене и так далее, и так далее.
По примеру Диснея
Первые попытки применения пластиков в строительстве были еще на старте XX века, но взрывной рост начался по окончании Второй мировой войны отчасти благодаря высвобождению мощностей, ранее задействованных на оборонные нужды.
В 1968 году финский архитектор Матти Сууронен спроектировал пластиковый дом будущего – Futuro
Промышленное производство ПВХ-труб началось в 1940-х годах, и новые изделия стали хорошим подспорьем в ходе восстановления разрушенного жилищно-коммунального хозяйства Германии и Японии. Сегодня из ПВХ изготавливается до 70% применяемых в строительстве труб.
В 1953 году немецкий инженер Хайнц Паше запатентовал новый тип металлической оконной рамы, для которой была необходима внешняя защитная оболочка. Год спустя совместно со специалистами компании Dynamit Nobel он нашел способ нанесения ПВХ на металлическую арматуру и начал изготавливать так называемые пластиковые окна. К 1978 году новый товар занял 10% рынка Западной Европы, а десятилетие спустя – уже 45–50%.
Также в 1950-х начались эксперименты с армированными стеклопластиками – они оказались идеальным материалом для изготовления защитных куполов радиолокационных станций. Вслед за этим начался настоящий бум модульных жилых домов из пластмассы. Первый демонстрационный экземпляр появился в калифорнийском парке Уолта Диснея в 1957 году, а уже в 1968-м немецкий архитектор Вольфганг Файербах получил разрешение на продажу потребителям домов системы fg 2000. В каталоге II Международной выставки пластиковых домов 1972 года было представлено 90 различных моделей жилья.
Теперь стеклопластики используются преимущественно в качестве кровельных и напольных материалов и элементов внешней отделки. Хотя есть и более сложные решения, например, стеклопластиковая арматура. «Современное применение композитной арматуры уже шагнуло дальше коттеджного строительства. Есть многоквартирные малоэтажные дома, прошедшие госэкспертизу, торговые центры, инфраструктурные сооружения типа очистных, бетонные дороги под спецтехнику и на сложной почве, промышленные полы в больших производственных помещениях», – говорит руководитель направления «композитная арматура» компании «СТЕКЛОНиТ» Андрей Борисов.
А идея строительства пластмассовых домов получила новое рождение благодаря развитию 3D-печати. Стратегия эмирата Дубай, например, предусматривает, что с использованием этой технологии к 2030 году будут строить ¼ всех местных зданий. Это позволит на 50–70% сократить расходы на материалы, на 50–80% – стоимость рабочей силы, на 60% – объем мусора.
Мифы и легенды
Несмотря на то что история использования полимеров в строительстве насчитывает десятки лет, некоторые люди продолжают относится к ним с предубеждением. Множество мифов связано, в частности, с ПВХ.
Пластиковая черепица
Во-первых, бытует мнение, что он оказывает вредное воздействие на окружающую среду. Однако при производстве этого полимера выделяется меньше парниковых газов, чем при плавке металла и изготовлении цемента. По расчетам Национального исследовательского совета Канады, в течение 20-летнего срока службы изделия из ПВХ сокращают выбросы углекислоты на величину почти в 12 раз большую, нежели выделяется при их производстве.
Во-вторых, считается, что при выпуске ПВХ выделяется диоксин, вызывающий рак. Однако, согласно научным данным, за последние десятилетия содержание диоксина в атмосфере существенно уменьшилось при одновременном многократном росте производства изделий из ПВХ. В процессе экструзии диоксин действительно выделяется, однако его улавливают и разделяют на вполне безобидную воду, двуокись углерода и хлористый водород.
В-третьих, общественность беспокоится по поводу пожароопасности ПВХ. Эксперты Kaneka Research Associates отмечают, что ПВХ выделяет при воспламенении меньше тепла, что снижает риск возгорания других элементов конструкции здания. Кроме того, при сгорании ПВХ возникает меньше дыма, а количество высвобождаемой двуокиси углерода и хлористого водорода соответствует показателям древесины. Объем выделяемых токсинов также незначителен.
В-четвертых, экологи говорят о том, что ПВХ не поддается вторичной переработке. В реальности процессы сбора и утилизации изделий из этого материала позволяют получать широкий спектр потребительских товаров, таких как кухонная посуда и автозапчасти. Также есть установки по получению из ПВХ дизельного топлива.
«Многие мифы появились в то время, когда эти материалы только начинали применять. Тогда использовались «чистые» полимеры, то есть без специальных добавок, меняющих их качества, – говорит профессор кафедры технологии строительных материалов и метрологии Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета Лариса Матвеева. – Сейчас проблемы решены благодаря включению в состав полимерных строительных материалов вспомогательных веществ: оффабсорберы защищают от ультрафиолета, антипирены – от горючести. А еще есть антистарители и антиоксиданты – их вводят в небольших количествах (от 0,5 до 2,5%), и они прекрасно работают (естественно, если технология соблюдена правильно)».
Многослойный «коктейль»
Если посмотреть на процесс строительства дома от этапа котлована до сдачи, то бросается в глаза колоссальная, циклопическая разница между массой железной арматуры, бетона и кладочных материалов и массой всех прочих материалов для инженерных систем, отделки, теплоизоляции, кровли. «Если условно поставить многоквартирный дом на весы, а потом убрать из него все, что не относится к конструктиву фундаментов, каркаса и стен, то стрелка весов вряд ли даже шелохнется», – отмечают эксперты RUPEC.
Промышленный 3D-принтер
Есть сферы, где полимеры в чистом виде в обозримой перспективе вряд ли будут использоваться. «Например, полимер в «чистом виде» не является конструкционным материалом в строительстве, никогда не был и никогда не будет строительной отвесной конструкцией. Бетон как служил, так и будет служить. Но есть полимербетоны, где в качестве вяжущего используются смолы термореактивные. И такие материалы уже активно используются для изделий малых архитектурных форм, оформления вазонов, бассейнов, всевозможных фигурок», – говорит Лариса Матвеева.
Бетонополимеры имеют повышенную устойчивость к сжатию, впитывают меньше жидкости, лучше противостоят воздействию последовательного замерзания и размораживания, практически не дают усадки. Армирование бетона полимерными волокнами также существенно улучшает динамические и статические характеристики материала – именно об этом говорил Александр Маслов.
Новые материалы помогают улучшать свойства традиционных строительных компонентов. Так, использование полимерной матрицы в составе заполнителя позволяет предотвратить образование пустот в бесклинкерном портландцементе (изготавливается из отходов металлургического производства – доменного шлака), снижает его уязвимость к низким температурам и химическому воздействию. И создание подобных многокомпонентных «коктейлей», вполне вероятно, – новое направление развития индустрии строительных материалов.
Яков Утин, Варвара Фуфаева
